数控设备维修专业课程体系构建

［摘要］为提高数控设备维修专业学生的职业化素质，加强学生职业道德素养及实践能力的锻炼，提高学生的实际操作能力，文章提出新形势下数控设备维修专业基于工作过程导向的职业化课程体系构建，有效地提高培养服务于本区域制造业发展所需的高技能人才。

［关键词］数控维修；课程体系；职业化三级递进；职业岗位能力

［作者简介］黄守宁，广西机电职业技术学院电气工程系工程师，研究方向：机电一体化技术，广西大学电力系统及其自动化硕士，广西南宁，530007

［中图分类号］ G42［文献标识码］ A［文章编号］ 1007-7723（2011）06-0115-0005

数控设备是典型的机电一体化设备，维护、维修此类设备对机、电尤其是电气方面的知识掌握及综合能力要求较高。由于专业市场定位、实训条件、师资、生源质量等种种原因，国内多数高职院校开设的数控技术或相关专业，基本定位于数控的操作及维护方面，围绕该定位进行专业教学改革。存在的主要问题是教学内容与课程体系优化结果目前还无法满足培养合格数控维修技术人才的需要。因此，构建数控设备维修专业课程体系有重要意义。

一、液压系统故障检修操作实例

（一）供油回路故障的检修

故障现象：供油回路不输出压力油。

故障分析及检修：以一种常见的供油装置回路为例，如图1所示。油泵为限压式变量叶片泵，换向阀为三位四通M型电磁换向阀。启动液压系统，调节溢流阀，压力表指针不动作，说明无压力；启动电磁阀，使其置于右位或左位，液压缸均不动作。电磁换向阀置于中位时，系统没有液压油回油箱。检测溢流阀和液压缸，其工作性能参数均正常。而液压系统没有压力油输出，显然油泵没有吸进液压油，其原因可能是：油泵的转向不对；吸油滤油器严重堵塞或容量过小；油液的黏度过高或温度过低；吸油管路严重漏气；滤油器没有全部浸入油液的液面以下或油箱液面过低；叶片在转子槽中卡死；油泵至油箱液面高度大于500 mm等。经检查，泵的转向正确，滤油器工作正常，油液的黏度、温度合适，泵运转时无异常噪声，说明没有过量空气进入系统，泵的安装位置也符合要求。将油泵解体，检查泵内各运动副，叶片在转子槽中滑动灵活，但可移动的定子环卡死于零位附近。变量叶片泵的输出流量与定子相对转子的偏心距成正比。定子卡死于零位，即偏心距为零，因此泵的输出流量为零。具体说，叶片泵与其他油泵一样都是容积泵，吸油过程是依靠吸油腔的容积逐渐增大，形成部分真空，液压油箱中液压油在大气压力的作用下，沿着管路进入泵的吸入腔而实现的。若吸入腔不能形成足够的真空(管路漏气，泵内密封破坏)，或大气压力和吸入腔压力差值低于吸油管路压力损失(过滤器堵塞，管路内径小，油液黏度高)，或泵内部吸油腔与排油腔互通(叶片卡死于转子槽内，转子体与配油盘脱开)等因素存在，油泵都不能完成正常的吸油过程。油泵压油过程是依靠密封工作腔的容积逐渐减小，油液被挤压在密封的容积中，压力升高，由排油口输送到液压系统中。由此可见，量叶片泵密封的工作腔逐渐增大(吸油过程)，密封的工作腔逐渐减小(压油过程)，完全是由于定子和转子存在偏心距而形成的。当其偏心距为零时，密封的工作腔容积不变化，所以不能完成吸油、压油过程。因此，上述回路中无液压油输入，系统也就不能工作。

故障原因查明，可采取相应的排除方法。将叶片泵解体，清洗并正确装配，重新调整泵的上支承盖和下支承盖螺钉，使定子、转子和泵体的水平中心线互相重合，使定子在泵体内调整灵活，且无较大的上下窜动，从而避免定子卡死而不能调整的故障。

（二）压力控制回路故障的检修

故障现象：压力控制回路中溢流不正常。

故障分新及检修：如图2所示的压力控制回路中，油泵为定量泵，采用三位四通换向阀，中位机能为Y型。所以，液压缸停止工作运行时，系统不卸荷，油泵输出的压力油全部由溢流阀溢回油箱。系统中的溢流阀通常为先导式溢流阀，这种溢流阀的结构为三级同心式，三处同轴度要求较高，但这种溢流阀用在高压大流量系统中，调压溢流性能较好。将系统中换向阀置于中位，调整溢流阀的压力时发现，当压力值调在10MPa以下时，溢流阀工作正常；而当压力调整到高于10MPa的任一压力值时，系统会发出像吹笛一样的尖叫声，此时可看到压力表指针剧烈振动，并发现噪声来自溢流阀。其原因是在三级同轴高压溢流阀中，主阀心与阀体、阀盖有两处滑动配合，如果阀体和阀盖装配后的内孔同轴度超出规定要求，主阀心就不能灵活地动作，而是贴在内孔的某一侧作不正常运动。当压力调整到一定值时，就必然激起主阀心振动。这种振动不是主阀心在工作运动中出现的常规振动，而是主阀心卡在某一位置(此时因主阀心同时承受着液压卡紧力)而激起的高频振动。这种高频振动必将引起弹簧(特别是调压弹簧)的强烈振动，并出现共振噪声。

经过分析之后，排除故障就有方向了。首先可以调整阀盖，因为阀盖与阀体配合处有调整余地；装配时，调整同轴度，使主阀心能灵活运动，无卡紧现象，然后按装配工艺要求，照一定的顺序用定转矩扳手拧紧，使拧紧力矩基本相同。选用合适黏度的油液和控制系统温升过高也有利于减振降噪。

（三）速度控制回路故障的检修

故障现象：速度控制回路中速度不稳定。

故障分析及检修：节流阀前后压差小致使速度不稳定，在图3所示系统中，油泵为定量泵，属于进口节流调速系统，采用三位四通电动换向阀，中位机能为0形。系统回油路上设置单向阀以起背压阀作用。系统的故障是液压缸推动负载运动时，运动速度达不到调定值。经检查，系统中各元件工作正常，油液温度属正常范围。但发现溢流阀的调节压力只比液压缸工作压力高0.3 MPa，压力差值偏小，即溢流阀的调节压力较低，再加上回路中，油液通过换向阀的压力损失为0.2MPa，这样造成流阀前后压差值低于0.2～0.3 MPa，致使通过节流阀的流量达不到设计要求的数值，于是液压缸的运动速度就不可能达到调定值。提高溢流阀的调节压力，使节流阀的前后压差达到合理压力值后，故障消除。

（四）方向控制回路的故障检修

故障现象：方向控制回路中滑阀没有完全回位。

故障分析及检修：在方向控制回路中，换向阀的滑阀因回位阻力增大而没有完全回位是常见的故障，将造成液压缸回程速度变慢。排除故障首先应更换合格的弹簧。如果是由于滑精度差，而使径向卡紧，应对滑阀进行修磨或重新配制。一般阀心的圆度和锥度允差为0.003～0.005 mm，最好使阀心有微量的锥度，并使它的大端在低压腔一边，这样可以自动减小偏心量，从而减小摩擦力，减小或避免径向卡紧力。引起卡紧的原因还可能有：脏物进入滑阀缝隙中而使阀心移动困难；间隙配合过小，以致当油温升高时阀心膨胀而卡死；电磁铁推杆的密封圈处阻力过大，以及安装紧固电动阀时使阀孔变形等。找到卡紧的原因，就可以顺利排除故障。

（五）阀换向滞后引起故障的检修

故障现象：在图4所示系统中，油泵为定量泵，三位四通换向阀中位机能为Y型。系统为进口节流调速。液压缸快进、快退时，二位二通阀接通。系统故障是液压缸在开始完成快退动作时，首先出现向工件方向前冲，然后再完成快退动作。此种现象影响加工精度，重时还可能损坏工件和刀具。

故障分新及检修：从系统中可以看出，在执行快退动作时，三位四通电动换向阀和二位二通换向阀必须同时换向。由于三位四通换向阀换向时间的滞后，即在二位二通换向阀接通的一瞬间，有部分压力油进入液压缸工作腔，使液压缸出现前冲。当三位四通换向阀换向终了时，压力油才全部进入液压缸的有杆腔，无杆腔的油液才经二位二通阀回油箱。

（六）卡盘失压故障的检修

故障现象：德州机床厂CKD6140数控车床液压卡盘夹紧力不足，卡盘失压，监视不报警。

故障分析及检修：该机床为德州机床厂生产的CKD6140SAG210/2NC数控车床，配套的电动刀架为LD4一I型。卡盘夹紧力不足，可能是系统压力不足、执行件内泄、控制回路动作不稳定及卡盘移动受阻造成。调整系统压力至要求，检修液压缸的内泄及控制回路动作情况，检查卡盘各摩擦副的滑动情况，卡盘仍然夹紧力不足。

调整液压缸与卡盘问联接拉杆的调整螺母，故障排除。

（七）尾座套筒报警故障的检修

故障现象：南京机床厂FANUC OT系统数控车床尾座套筒报警。

故障分新及检修：该机床为南京机床厂生产的数控车床，其控制系统采用FANUC OT系统。

查阅机床电气线路图知，尾座套筒的伸缩由FANUC OT系统中的PLC控制，其尾座套筒PLC控制原理如图5所示。

检查尾座套筒的工作状态，当脚踏尾座开关顶紧时，系统产生报警。在系统诊断状态下，调出PLC输入参数，在X04.2上看到，当脚踏向前开关时，PLC状态为1；Xl7.3尾座套筒转换开关信号为“l”；尾座工向保护区信号为“l”，输入信号正常。在PLC输出参数Y49.0上，当脚踏向前开关时，Y49.0为“l”，同时，电磁换向阀L4－Y1也导通，这说明系统PLC输入／输出状态均正常。

分析尾座套筒液压系统(如图5所示)。当电磁换向阀L4－Y1导通后，液压油经溢流阀、流量控制阀、单向阀进入尾座套筒油缸，使其向前顶紧工件。松开脚踏开关后，此时电磁换向阀IJ4－Y1处于中间位置，油路停止供油。由于单向阀的作用，尾座套筒向前时的油压得到保持，该油压使压力继电器动合触点接通，在系统PLC输入信号中X00.2为“l”。然而，检查系统PLC输入信号X00.2为“0”。说明压力继电器触点信号不正常。检查压力继电器，发现其触点开关损坏，从而造成PLC输入信号为“0”，系统认为尾座套筒未顶紧而产生报警。更换新的压力继电器，故障排除。

（八）加工中心力链不执行校准回零故障的检修

故障现象：T40卧式加工中心开机，待自检通过后，启动液压，执行轴校准，其后在执行机械校准时出现以下两个报警：

ASL40ALERTCODEl6154

CHAINNOT ALIGNED

ASIAOALERTCODEl7 176

CHAINPOSITIONERROR

因此机床不能正常工作。

故障分析及检修：T40卧式加工中心的计算机部分采用该公司的A950系统。T40刀链校准的过程是：NC接到校准指令后，使电磁阀3SOL得电并控制液压马达驱动刀链顺时针转动，同时NC等待接收刀链回归校准点(HOME POSITION)的接近开关3 PROX(动合)信号，收到该信号后电磁阀3 SOL失电，并使电磁阀l SOL得电，刀链制动销插入，同时NC再接收到制动销插入限位开关1 LS(动合)信号，刀链校准才能完成。

据此分析故障范围在以下三个方面：

1.刀链因放未能转到校准位置(HOME POSITION)就停止。

2.刀链转到了校准位置，但由于接近开关3 PROX故障，NC没有接收到到位信号，刀链一直转动，直到NC在设定接收该信号的时间范围到时产生以上报警，刀链才停止校准。

3.刀链在转到校准位置时，NC虽接到了到位信号，但由于l SOL故障，导致制动销不能插入，限位开关1 LS没有信号，而且3 SOL因惯性使刀链错开回归点，接近开关信号也未发出。

根据以上分析，首先检查接近开关3 PROX，为正常，再通过该机在线诊断功能发现在机械校准操作时1 LS信号l0033(LSAPIN-ADV)和3 PROX信号l0034[PR-CHNA-HOM(E)]状态，发现一直都为OFF，且刀链在校准过程中没有到位就停止转动，而且每次校准时转过的刀套数目也没有规律，因而怀疑电磁阀3 SOL或液压马达有问题。进一步查得液压马达有漏油现象，拆下更换密封圈，漏油排除，但仍不能校准，最后更换电磁阀 3 SOL后故障排除。

检修总结：由于用万用表测量电磁阀电压及阻值基本正常，而且每次校准时刀链也确实转动，因此在排除了其他原因后，最后才更换性能不良的电磁阀。

（九）弹性夹具无法张开故障的检修

故障现象：某配套GSK980M系统的数控磨床，在装卸工件时，发现夹具无法张开。

故障分析及检修：本机床采用的是液压弹性夹具(液压系统原理见图6，靠液压缸压力顶开夹具进行工件装夹。经检查后发现夹具顶开的行程远远不够，因此调整夹具行程，调整后发现效果不佳，工件仍很难装夹。因此，进一步检查电气控制回路，发现DC24 V电磁阀线圈两端电压为22 V(属正常)，检查液压管路，发现管路正常，手动控制液压阀，使其处于左位机能，工件装夹正常；拆开电磁阀，发现阀心处一固定螺钉松脱，导致电磁阀在得电过程中，阀心不能准确到位，引起部分用于顶开液压缸的液压油处于卸荷状态。拧紧该螺钉，重新调试夹具行程后，故障排除。

（十）油泵噪声大故障的检修

故障现象：某配套FANUC PM0系统的数控专用磨床，在机床大修后发现机床启动后油泵噪声特别大。

故障分析及检修：在机床大修前，油泵启动声音较小，而在检修后油泵反而噪声变大了。根据用户反映和现场分析可知产生该原因可能是由于液压某处管路堵塞、油泵损坏等原因造成的。因此，拆开液压油管和油泵，发现泵和油管均正常，在拆的过程中，偶尔发现液压油黏度特别高，核对机床使用说明书，发现液压油牌号不正确，故障时正值冬天，从而使油泵噪声变大。更换液压油后，机床故障排除。

二、结语

数控设备维修专业的人才培养模式随着社会的发展与需求需要不断地进行改革与创新，创新数控设备维修专业课程体系。在新的形势下探索新的思路与方法, 不仅仅是紧盯数控设备，更要适应高职教育“以就业为导向”的基本方针，从而才能更好地为区域经济建设服务。

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